论文部分内容阅读
【摘要】某顶管工程钢管直径大，顶进距离长，采取泥水平衡顶管施工，在施工前经过计算，采用了中继接力技术。中继接力系统作用是将整段管道分段推进，减少主推顶力，确保了顶管施工的顺利进行。
【关键词】中继接力技术；泥水平衡顶管；工程施工；应用
1. 概述
（1）非开挖顶管施工是从地面开挖两个井，然后管节从工作井安放，通过顶推机械推动管节从工作井预留口顶进，通过管节一节一节向前推进，顶管掘进机不断推进最后到达接收井，形成整段管道。顶管施工时，通过后座主顶油泵和千斤顶产生推力，推动管道向前推进，如果顶进距离太长或土质很硬，经常在管壁与土层接触面注入触变泥浆以减少顶进阻力，但如果阻力还超过千斤顶的推力或管道所能承受的压力，则需要设置中继环接力。在顶管施工前，往往需要通过施工计算，以估算是否设置中继环。
（2）广州市西江引水工程是广州市为迎接亚运会、保障供水水源安全并提高供水水质的重点工程，其中江村支线采用开挖埋管、顶管以及过河倒虹管等方式敷设，长度5140m，采用DN2400钢管。江村支线中穿越广清高速路段（里程范围KJ0+757.62～KJ1+023.72）长度266.10m，采用DN2800套管顶管后内敷DN2400钢管，采用泥水平衡顶管工艺。工作井净空（长*宽*高）为11.00*7.00*8.80m，接收井净空（长*宽*高）为9.50*5.30*8.65m。
（3）该工程顶管所穿越的砂层，为场地的第一个含水层，水量丰富，位于粉质粘土、粘土及淤泥质土层②之下，按颗粒大小可分为粉细砂③-1、中砂③-2、粗砂③-3等三个亚层，该砂层物理力学性质如表1。该砂层以下为粉质粘土与淤泥质土层。
2. 钢管受力及总顶力计算
2.1顶管过程是一个复杂的力学过程，施工计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道所受到的阻力，包括工具头正面泥水压力与管壁摩擦阻力等。该工程按顶管长266.1m，管顶覆土6m计算，管壁摩擦力暂不考虑触变泥浆减阻效果（施工时采用触变泥浆减阻，可以有效折减管壁摩擦阻力）。
2.2该工程DN2800钢管壁厚28mm、DN2400钢管壁厚24mm，通过简单的计算，可知DN2800钢管圆环受力面积S1=0.244 m2；而DN2400钢管圆环受力面积S2=0.179 m2。
2.3按有关规范已知钢材可承受压力为205000KPa，乘以上述钢管圆环受力面积，则DN2800钢管轴向允许推力=50020KN；DN2400钢管轴向允许推力=36706KN。
2.4按该工程设计，工作井进行加固处理之后靠背承受力可达到10000KN。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力，在施工设计上，采用布置了40个250KN，油缸推力为10000KN。各油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。每只油缸顶力控制在1800KN以下，这可以通过油泵压力来控制。
3. 中继接力结构设计计算
3.1中继环的设计必须满足刚度大、安装方便和加工精确，并在使用中具有水密性。中继环的结构如图1所示，其主体结构主要由以下部分组成：
（1）推力油缸（总推力小于或等于主顶站总顶力，均为单项作用小千斤顶，行程30cm），其规格、性能要求一致。
（2）钢壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈。
（3）液压管道、电器和操纵系统。
3.2中继环的壳体应与管节外径相等，并使壳体与管节中的滑动面之间具有良好的水密性和润滑性，滑动端应与特殊管节相接。
3.3推进流程为：第一个中继环推进→第一个中继环停顶→第二个中继环推进→第二个中继环停顶→如此类推到最后一个中继环→主顶推进→主顶停顶（如此循环）。
图1中继环结构图2中继接力系统3.4中继环在安放时，第一只中继环应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化，当总推力达到中继环总推力40%～60%时，就应安放第一只中继环，以后每当达到中继环总推力的70%～80%时，安放一只中继环。而当主顶油缸达到中继环总推力的90%时，就必须启用中继环。中继环设计允许转角1°，每道中继环安装一套行程传感器及限位开关。中继环在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定。
4. 中继接力顶管施工
（1）该工程顶管施工工艺主要包括工作井与接受井施工、顶出工作井、触变泥浆润滑管壁、正常顶进、测量纠偏控制、中继环接力继续顶进、顶入接收井等。
（2）当启动顶管工作，管道顶出工作井后进行正常的顶进施工。在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力增大。为了提高顶进施工的效率，在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，通常情况下往管外侧压入触变泥浆，降低顶进的阻力。
（3）该工程触变泥浆由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工现场按重量计的触变泥浆配合比为：水：膨润土=8：1，膨润土：CmC=30：1。该工程购置膨润土袋装复合材料，在现场加水拌和。压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。
（4）随着顶进距离的继续增长，管道的摩阻力越来越大，主顶推力也随之增大，当管节强度和工作井的结构强度不能满足顶力时，需中继接力顶进。中继环是经机械加工的内外套组合，环内均匀地安装有许多台小千斤顶，通过中间的小千斤顶的伸出动作，推动外套往前推出，外套向前推动管节一段距离（如30cm）后，又通过后部主顶推动管道运动，使小千斤顶缩回复位。不断往复运动推进管节，使整段管道向前推进。在长距离顶进时，把长距离的管道分成几段，可分段减少主顶的压力，它可以与其他中继环和后座通过程序连动，一环接一环，自动切换。该工程经过计算分成两段，中继环布置于距头部84m处。
（5）中继接力系统由小千斤顶、液压泵站、外壳体组成，如图2。当后座总顶力达到中继环总推力的90%时，就必须启动中继环继续顶进施工。当管道顶入接收井后，在DN2800套管内敷设DN2400钢管，并对临时管井进行回填，完成整段顶管的施工工作。
5. 结语
（1）在长距离顶管施工中，中继接力系统作用是将整段管道分段推进，减少主推顶力。中继环的放置以主顶顶力来控制，中继环安放时，第一个中继环应放在前面一些，由于顶管机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化，所以当后座总顶力达到中继环总推力的50%时，就应布置第一个中继环，以后每当后座总顶力达到中继环总推力的70%时，就布置一个中继环。而当后座总顶力达到中继环总推力的90%时，就必须启动中继环。
（2）该工程顶管的顺利成功，说明我们的计算是正确的，采取的中继接力和减阻措施是有效的，可为类似大直径及长距离顶管施工提供参考。
参考文献
[1]佘彬泉 陈传灿编著《顶管施工手册》人民交通出版社2003年第1版第3次印刷.
[文章编号]1006-7619（2013）03-25-215
[作者简介] 刘慧，男（1976.1-），籍贯：江西宁都人，汉族，学历：大专，职称：工程师，工作单位：广州荣祥中建筑工程有限公司，经营部经理， 1999年7月毕业于广东工业大学工业与民用建筑专业。
【关键词】中继接力技术；泥水平衡顶管；工程施工；应用
1. 概述
（1）非开挖顶管施工是从地面开挖两个井，然后管节从工作井安放，通过顶推机械推动管节从工作井预留口顶进，通过管节一节一节向前推进，顶管掘进机不断推进最后到达接收井，形成整段管道。顶管施工时，通过后座主顶油泵和千斤顶产生推力，推动管道向前推进，如果顶进距离太长或土质很硬，经常在管壁与土层接触面注入触变泥浆以减少顶进阻力，但如果阻力还超过千斤顶的推力或管道所能承受的压力，则需要设置中继环接力。在顶管施工前，往往需要通过施工计算，以估算是否设置中继环。
（2）广州市西江引水工程是广州市为迎接亚运会、保障供水水源安全并提高供水水质的重点工程，其中江村支线采用开挖埋管、顶管以及过河倒虹管等方式敷设，长度5140m，采用DN2400钢管。江村支线中穿越广清高速路段（里程范围KJ0+757.62～KJ1+023.72）长度266.10m，采用DN2800套管顶管后内敷DN2400钢管，采用泥水平衡顶管工艺。工作井净空（长*宽*高）为11.00*7.00*8.80m，接收井净空（长*宽*高）为9.50*5.30*8.65m。
（3）该工程顶管所穿越的砂层，为场地的第一个含水层，水量丰富，位于粉质粘土、粘土及淤泥质土层②之下，按颗粒大小可分为粉细砂③-1、中砂③-2、粗砂③-3等三个亚层，该砂层物理力学性质如表1。该砂层以下为粉质粘土与淤泥质土层。
2. 钢管受力及总顶力计算
2.1顶管过程是一个复杂的力学过程，施工计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道所受到的阻力，包括工具头正面泥水压力与管壁摩擦阻力等。该工程按顶管长266.1m，管顶覆土6m计算，管壁摩擦力暂不考虑触变泥浆减阻效果（施工时采用触变泥浆减阻，可以有效折减管壁摩擦阻力）。
2.2该工程DN2800钢管壁厚28mm、DN2400钢管壁厚24mm，通过简单的计算，可知DN2800钢管圆环受力面积S1=0.244 m2；而DN2400钢管圆环受力面积S2=0.179 m2。
2.3按有关规范已知钢材可承受压力为205000KPa，乘以上述钢管圆环受力面积，则DN2800钢管轴向允许推力=50020KN；DN2400钢管轴向允许推力=36706KN。
2.4按该工程设计，工作井进行加固处理之后靠背承受力可达到10000KN。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力，在施工设计上，采用布置了40个250KN，油缸推力为10000KN。各油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。每只油缸顶力控制在1800KN以下，这可以通过油泵压力来控制。
3. 中继接力结构设计计算
3.1中继环的设计必须满足刚度大、安装方便和加工精确，并在使用中具有水密性。中继环的结构如图1所示，其主体结构主要由以下部分组成：
（1）推力油缸（总推力小于或等于主顶站总顶力，均为单项作用小千斤顶，行程30cm），其规格、性能要求一致。
（2）钢壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈。
（3）液压管道、电器和操纵系统。
3.2中继环的壳体应与管节外径相等，并使壳体与管节中的滑动面之间具有良好的水密性和润滑性，滑动端应与特殊管节相接。
3.3推进流程为：第一个中继环推进→第一个中继环停顶→第二个中继环推进→第二个中继环停顶→如此类推到最后一个中继环→主顶推进→主顶停顶（如此循环）。
图1中继环结构图2中继接力系统3.4中继环在安放时，第一只中继环应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化，当总推力达到中继环总推力40%～60%时，就应安放第一只中继环，以后每当达到中继环总推力的70%～80%时，安放一只中继环。而当主顶油缸达到中继环总推力的90%时，就必须启用中继环。中继环设计允许转角1°，每道中继环安装一套行程传感器及限位开关。中继环在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定。
4. 中继接力顶管施工
（1）该工程顶管施工工艺主要包括工作井与接受井施工、顶出工作井、触变泥浆润滑管壁、正常顶进、测量纠偏控制、中继环接力继续顶进、顶入接收井等。
（2）当启动顶管工作，管道顶出工作井后进行正常的顶进施工。在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力增大。为了提高顶进施工的效率，在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，通常情况下往管外侧压入触变泥浆，降低顶进的阻力。
（3）该工程触变泥浆由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工现场按重量计的触变泥浆配合比为：水：膨润土=8：1，膨润土：CmC=30：1。该工程购置膨润土袋装复合材料，在现场加水拌和。压浆量为管道外围环形空隙的1.5倍，压注压力根据管顶水压力而定。
（4）随着顶进距离的继续增长，管道的摩阻力越来越大，主顶推力也随之增大，当管节强度和工作井的结构强度不能满足顶力时，需中继接力顶进。中继环是经机械加工的内外套组合，环内均匀地安装有许多台小千斤顶，通过中间的小千斤顶的伸出动作，推动外套往前推出，外套向前推动管节一段距离（如30cm）后，又通过后部主顶推动管道运动，使小千斤顶缩回复位。不断往复运动推进管节，使整段管道向前推进。在长距离顶进时，把长距离的管道分成几段，可分段减少主顶的压力，它可以与其他中继环和后座通过程序连动，一环接一环，自动切换。该工程经过计算分成两段，中继环布置于距头部84m处。
（5）中继接力系统由小千斤顶、液压泵站、外壳体组成，如图2。当后座总顶力达到中继环总推力的90%时，就必须启动中继环继续顶进施工。当管道顶入接收井后，在DN2800套管内敷设DN2400钢管，并对临时管井进行回填，完成整段顶管的施工工作。
5. 结语
（1）在长距离顶管施工中，中继接力系统作用是将整段管道分段推进，减少主推顶力。中继环的放置以主顶顶力来控制，中继环安放时，第一个中继环应放在前面一些，由于顶管机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化，所以当后座总顶力达到中继环总推力的50%时，就应布置第一个中继环，以后每当后座总顶力达到中继环总推力的70%时，就布置一个中继环。而当后座总顶力达到中继环总推力的90%时，就必须启动中继环。
（2）该工程顶管的顺利成功，说明我们的计算是正确的，采取的中继接力和减阻措施是有效的，可为类似大直径及长距离顶管施工提供参考。
参考文献
[1]佘彬泉 陈传灿编著《顶管施工手册》人民交通出版社2003年第1版第3次印刷.
[文章编号]1006-7619（2013）03-25-215
[作者简介] 刘慧，男（1976.1-），籍贯：江西宁都人，汉族，学历：大专，职称：工程师，工作单位：广州荣祥中建筑工程有限公司，经营部经理， 1999年7月毕业于广东工业大学工业与民用建筑专业。